(57)【要約】【課題】内燃機関の運転中のピストンを直接認識するピストンの監視装置及びその監視方法を提供する。【解決手段】内燃機関の掃排気ポート２からピストン１，２２，２３を照らす照明手段５と、内燃機関の掃排気ポート２を介してピストン１，２２，２３を撮影する撮影手段６と、撮影のタイミングを内燃機関の運動に同期させる調整手段８と、撮影手段６からの画像情報を処理する処理手段９とを備え、内燃機関の運転中に掃排気ポート２を通してピストン１，２２，２３を認識するよう構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の掃排気ポートからピストンを照らす照明手段と、内燃機関の掃排気ポートを介してピストンを撮影する撮影手段と、撮影のタイミングを内燃機関の運動に同期させる調整手段と、前記撮影手段からの画像情報を処理する処理手段とを備え、前記内燃機関の運転中に掃排気ポートを通してピストンを認識するよう構成したことを特徴とするピストンの監視装置。
【請求項２】
ピストンを観察するための透過窓と、該透過窓の汚れを除去する掃除手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のピストンの監視装置。
【請求項３】
撮影のタイミングを調整し、ピストンの監視位置を変更し得るように構成したことを特徴とする請求項１記載のピストンの監視装置。
【請求項４】
処理手段は、画像情報からピストンリングの合口寸法を計測するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のピストンの監視装置。
【請求項５】
処理手段は、運転機関の停止時の画像情報と、運転機関の運転時の画像情報とを比較してピストンリングの平均温度を算出するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のピストンの監視装置。
【請求項６】
撮影手段は、ピストンリング、ピストンクラウン、シリンダライナを撮影するように構成したことを特徴とする請求項１記載のピストンの監視装置。
【請求項７】
ガスブローを観察するように構成したことを特徴とする請求項１記載のピストンの監視装置。
【請求項８】
ピストン又はガスブローの異常により警告情報を発令するように構成したことを特徴とする請求項記１又は７記載のピストンの監視装置。
【請求項９】
内燃機関のピストンを照らすと共に内燃機関の運動に同期させて撮影し、撮影した画像情報を処理してピストンを認識することを特徴とするピストンの監視方法。
【請求項１０】
ピストンを観察するための透過窓を備え、該透過窓の汚れを除去することを特徴とする請求項９記載のピストンの監視方法。
【請求項１１】
撮影のタイミングを調整し、ピストンの監視位置を変更することを特徴とする請求項９記載のピストンの監視方法。
【請求項１２】
画像情報からピストンリングの合口寸法を計測することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のピストンの監視方法。
【請求項１３】
運転機関の停止時の画像情報と、運転機関の運転時の画像情報とを比較してピストンリングの平均温度を算出することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のピストンの監視方法。
【請求項１４】
ピストンリング、ピストンクラウン、シリンダライナを撮影することを特徴とする請求項９記載のピストンの監視方法。
【請求項１５】
ガスブローを観察することを特徴とする請求項９記載のピストンの監視方法。
【請求項１６】
ピストン又はガスブローの異常により警告情報を発令することを特徴とする請求項９又は１５記載のピストンの監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン等の異常を検出するピストンの監視装置及びその監視方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関のピストン等を検査する一例としては、主機及び内燃機関の停止時に所定の観察窓を外し、シリンダライナの掃気ポートを介してピストンクラウン、ピストンリングを観察すると共にシリンダライナを観察するものがある。
【０００３】
又、他の例としては、主機及び内燃機関の停止時に、機関内に人が入り込んで目視によりピストンリング等を観察・計測するものや、ピストンを取り外して目視によりピストンリング等を観察・計測するものがある。
【０００４】
更に、別の例としては、内燃機関の運転中に、シリンダライナの温度を温度センサ等により計測し、間接的にシリンダライナとピストンリングの摺動に異常がないか監視するものがある。
【０００５】
なお、内燃機関の運転中に、センサ等によりピストンの温度やピストンリングの磨耗状態を計測する装置や方法としては特許文献１、２に記載のものがある。
【特許文献１】特開平６−１３７１６３号公報
【特許文献２】特開２００３−１２９９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の如き、内燃機関の運転中にピストンの状態を検査する装置や方法は、センサ等を介して間接的に観察するものであるため、運転中のピストンを直接認識することができず、運転中のピストンの観察、計測、監視が著しく制限されるという問題があった。又、内燃機関の運転中には、ピストンが常に高速で運動しているため、長時間、同一箇所を継続的に同一のタイミングで観察することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、内燃機関の運転中のピストンを直接認識するピストンの監視装置及びその監視方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内燃機関の掃排気ポートからピストンを照らす照明手段と、内燃機関の掃排気ポートを介してピストンを撮影する撮影手段と、撮影のタイミングを内燃機関の運動に同期させる調整手段と、前記撮影手段からの画像情報を処理する処理手段とを備え、前記内燃機関の運転中に掃排気ポートを通してピストンを認識するよう構成したことを特徴とするピストンの監視装置、に係るものである。
【０００９】
本発明において、ピストンを観察するための透過窓と、該透過窓の汚れを除去する掃除手段とを備えても良い。
【００１０】
本発明において、撮影のタイミングを調整し、ピストンの監視位置を変更し得るように構成しても良い。
【００１１】
本発明において、処理手段は、画像情報からピストンリングの合口寸法を計測するように構成しても良いし、又、処理手段は、運転機関の停止時の画像情報と、運転機関の運転時の画像情報とを比較してピストンリングの平均温度を算出するように構成しても良い。
【００１２】
本発明において、撮影手段は、ピストンリング、ピストンクラウン、シリンダライナを撮影するように構成しても良いし、ガスブローを観察するように構成しても良いし、更に、ピストン又はガスブローの異常により警告情報を発令するように構成しても良い。
【００１３】
本発明は、内燃機関のピストンを照らすと共に内燃機関の運動に同期させて撮影し、撮影した画像情報を処理してピストンを認識することを特徴とするピストンの監視方法、に係るものである。
【００１４】
本発明において、ピストンを観察するための透過窓を備え、該透過窓の汚れを除去しても良い。
【００１５】
本発明において、撮影のタイミングを調整し、ピストンの監視位置を変更しても良い。
【００１６】
本発明において、画像情報からピストンリングの合口寸法を計測しても良いし、運転機関の停止時の画像情報と、運転機関の運転時の画像情報とを比較してピストンリングの平均温度を算出しても良い。
【００１７】
本発明において、ピストンリング、ピストンクラウン、シリンダライナを撮影しても良いし、ガスブローを観察しても良いし、ピストン又はガスブローの異常により警告情報を発令しても良い。
【発明の効果】
【００１８】
上記した本発明のピストンの監視装置及びその監視方法によれば、照明手段により内燃機関のピストンを照らすと共に内燃機関の運動に同期させて撮影手段によりピストンを撮影し、撮影した画像情報を処理手段により処理するので、内燃機関の運転中にピストンを直接認識し、運転中のピストンの観察、計測、監視を容易に行うことができる。又、内燃機関の運転中によりピストンが高速で運動している場合であっても、調整手段により撮影のタイミングを内燃機関の運動に同期させるので、長時間、同一箇所を継続的に同一のタイミングで観察することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明のピストンの監視装置を実施する形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１〜図３は本発明を実施する形態例であり、以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２１】
ピストンの監視装置は、ユニフロー型の内燃機関に適用されるものであって、シリンダライナ１の掃気ポート（掃排気ポート）２に対向するよう掃気管等の壁面３に取り付けられる透過窓４と、シリンダライナ１の掃気ポート（掃排気ポート）２に向かうよう透過窓４の後方（反内燃機関側）に配置される照明手段５と、シリンダライナ１の掃気ポート（掃排気ポート）２に向かうよう透過窓４の後方（反内燃機関側）に配置される撮影手段６と、照明手段５の発光と撮影手段６の撮影とを調整するタイミングコントローラ７等の調整手段８と、撮影手段６からの画像情報を処理するＰＣや解析装置等の処理手段９とを備えている。
【００２２】
透過窓４は、ガラス板で円盤状に形成されており、透過窓４の中心には、透過窓４の汚れを除去する掃除手段１０を備えている。掃除手段１０は、透過窓４の前方面（内燃機関側面）で透過窓４の径方向に延在するワイパ１１と、ワイパ１１を透過窓４の周方向に沿って回転させるよう透過窓４の後方（反内燃機関側）に備えられるモータ等のワイパ駆動部１２とからなり、ワイパ１１の回転により透過窓４の汚れを除去するように構成されている。ここで、透過窓４の配置場所は、シリンダライナ１の掃気ポート２に対向するように配置されるならば特に限定されるものではない。
【００２３】
照明手段５は、掃除手段１０のワイパ駆動部１２と略平行に配置されるストロボスコープ１３と、ストロボスコープ１３を制御するストロボスコープコントローラ１４とを備えており、ストロボスコープコントローラ１４はタイミングコントローラ７に接続されている。なお、照明手段５は、本発明の目的を達するならばストロボスコープ１３に限定されるものでなく、他のものでも良い。
【００２４】
撮影手段６は、掃除手段１０のワイパ駆動部１２及び照明手段５のストロボスコープ１３と略平行に配置されるＣＣＤカメラ１５と、ＣＣＤカメラ１５に接続されてＣＣＤカメラ１５を制御するＣＣＤカメラコントローラ１６と備えており、ＣＣＤカメラコントローラ１６は、タイミングコントローラ７に接続されている。なお、撮影手段６は、本発明の目的を達するならば、撮影した画像情報をアナログで処理するアナログカメラでも良いし、撮影した画像情報を内部でデジタル化するデジタルカメラでも良い。又、図１に示す如く、撮影手段６のＣＣＤカメラコントローラ１６には、撮影画像を連続的に記録し得るようにビデオレコーダ等の記録手段１７を接続しても良い。
【００２５】
調整手段８は、タイミングコントローラ７に内燃機関の運動の信号を送るよう、内燃機関のはずみ車１８等に取り付けられたターゲット１９と、ターゲット１９を介して内燃機関の運動を検出する近接スイッチ２０とを備え、タイミングコントローラ７は、近接スイッチ２０の信号に基づいて照明手段５のストロボスコープコントローラ１４及び撮影手段６のＣＣＤカメラコントローラ１６へ信号を発し、照明手段５のストロボスコープ１３による発光や、撮影手段６のＣＣＤカメラ１５による撮影を、内燃機関の運転に同期させるようにしており、具体的には、機関一回転あたり一回の信号に基づいて毎回転ごとに同じクランク角度で発光及び撮影を行うようにしている。又、調整手段８のタイミングコントローラ７にはマニュアルの調整部２１を備え、照明手段５のストロボスコープ１３による発光の間隔や、撮影手段６のＣＣＤカメラ１５による撮影のタイミングをマニュアルにより調整し得るようになっている。
【００２６】
ＰＣや解析装置等の処理手段９は、ＣＣＤカメラコントローラ１６に接続されてＣＣＤカメラ１５より撮影した撮影画像を処理し、更に処理した情報に基づいてピストンクラウン２２、ピストンリング２３、シリンダライナ１、ガスブロー（図示せず）を監視するようになっている。又、ＰＣや解析装置等の処理手段９には、ピストンクラウン２２、ピストンリング２３、シリンダライナ１の状態を表示するモニタ２４を備えると共に、ピストンクラウン２２、ピストンリング２３、シリンダライナ１、ガスブローの異常を検出した際に、アラームや警告表示等の警告情報を発する警告手段２５を備えている。更に、ＰＣや解析装置等の処理手段９では、ＣＤ等の記録媒体やハードディスク等の記録手段により撮影画像を保存し得るようになっている。
【００２７】
以下、本発明の実施のピストンの監視方法の形態例を説明する。
【００２８】
ピストンの監視方法は、上述のピストンの監視装置を用いることにより、ユニフロー型の内燃機関の運転中で、ピストンクラウン２２及びピストンリング２３が掃気ポート２の所定位置に到達した際に、照明手段５のストロボスコープ１３を発光して透過窓４及び掃気ポート２を介しピストンクラウン２２及びピストンリング２３を照らし、同時に、撮影手段６のＣＣＤカメラ１５で撮影してピストンクラウン２２、ピストンリング２３、更に掃気ポート２の周囲のシリンダライナ１の画像情報を取得し、ピストンクラウン２２、ピストンリング２３、シリンダライナ１を認識する。ここで、ピストンの監視装置は、シリンダライナ１の掃気ポート２側に配置されることにより、燃焼ガスの掃気室（図示せず）へのガスブロー（吹き返し）をも観察している。なお、ピストンクラウン２２、ピストンリング２３、シリンダライナ１のみを観察する場合には、掃気ポートを通して観察するのみならず、排気ポートを通して観察するようにしても良い。
【００２９】
続いて撮影画像の取得により、処理手段９は、撮画像情報をモニタ２４等に表示し、ピストンクラウン２２へのカーボンの付着状況等による運転期間中のピストンクラウン２２の状態変化や、傷、折損、コーティングの剥離等のピストンリング２３の異常を直接、観察、監視する。更に、ピストンクラウン２２、ピストンリング２３、シリンダライナ１、ガスブローに異常を検出した際には警告手段２５により異常の発生を発令する。
【００３０】
ここで、処理手段９には、図２のフローに示す処理方法があり、この処理方法では、運転機関の運転中の撮影画像を取得（ステップＳ１）した後に、画像情報を画像処理（ステップＳ２）してピストンリング２３の合口寸法（継目寸法）２３ａを計測し（ステップＳ３）、合口寸法２３ａの変化によりピストンリング２３の磨耗量を算出する（ステップＳ４）。更に、ピストンリング２３の磨耗量が許容範囲であるかどうか比較し（ステップＳ５）、許容範囲内ならば、正常である旨をモニタ２４等に表示（ステップＳ６）して終了し、許容範囲外ならば、異常である旨をアラーム等の警告手段２５で発令する（ステップＳ７）。
【００３１】
更に、処理手段９には、図３のフローに示す別の処理方法があり、この処理方法では、予め、運転機関の停止中（冷帯時）の撮影画像を取得（ステップＳ１１）し、画像情報を画像処理（ステップＳ１２）して基準のピストンリング２３の合口寸法（継目寸法）２３ａを計測し（ステップＳ１３）、更に、運転機関の運転中（熱帯時）の撮影画像を取得（ステップＳ１４）して、画像情報を画像処理（ステップＳ１５）して運転中のピストンリング２３の合口寸法（継目寸法）２３ａを計測し（ステップＳ１６）、夫々、運転機関の停止中（冷帯時）及び運転機関の運転中（熱帯時）でのデータを比較し（ステップＳ１７）、ピストンリング２３の線膨張係数に基づいてピストンリング２３の平均温度を算出する（ステップＳ１８）。更に、ピストンリング２３の平均温度が許容範囲であるかどうか比較し（ステップＳ１９）、許容範囲内ならば、正常である旨をモニタ２４等に表示し（ステップＳ２０）て終了し、許容範囲外ならば、異常である旨をアラーム等の警告手段２５により発令する（ステップＳ２１）。
【００３２】
このように、本発明の実施の形態によれば、照明手段５により内燃機関のピストン（ピストンクラウン２２、ピストンリング２３）を照らすと共に内燃機関の運動に同期させて撮影手段６によりピストンを撮影し、撮影した画像情報を処理手段９により処理するので、内燃機関の運転中のピストンを直接認識し、運転中のピストンの観察、計測、監視を容易に行うことができる。又、内燃機関の運転中によりピストン（ピストンクラウン２２）が高速で運動している場合であっても、調整手段８により撮影のタイミングを内燃機関の運動に同期させるので、長時間、同一箇所を継続的に同一のタイミングで観察することができる。更に、ピストン（ピストンクラウン２２）へのカーボンの付着状況等による運転期間中のピストンの状態変化を、撮影した画像情報により観察することができると共に、ピストン（ピストンリング２３）に、傷、折損、コーティングの剥離等の異常が生じた場合であっても、撮影した画像情報によりピストンの異常を直接認識し、早期に異常を発見することができる。
【００３３】
ピストンクラウン２２、ピストンリング２３、シリンダライナ１、ガスブロー等のピストンを観察するための透過窓４を備え、掃除手段１０により透過窓４の汚れを除去すると、内燃機関の運転により透過窓４が汚れる状況であっても掃除により適宜汚れを除去し得るので、内燃機関の運転中のピストンを長時間連続して認識し、運転中のピストンの観察、計測、監視を一層容易に行うことができる。
【００３４】
撮影のタイミングを調整し、ピストンクラウン２２、ピストンリング２３、シリンダライナ１等のピストンの監視位置を変更し得ると、ピストンの監視位置を所望の位置（クランク角度）にし得るので、内燃機関の運転中のピストンを適切に認識し、運転中のピストンの観察、計測、監視を一層容易に行うことができる。
【００３５】
処理手段９は、画像情報からピストンリング２３の合口寸法２３ａを計測すると、合口寸法２３ａの変化によりピストンリング２３の磨耗量を容易に算出することができる。
【００３６】
処理手段９は、運転機関の停止時の画像情報と、運転機関の運転時の画像情報とを比較してピストンリング２３の平均温度を算出すると、ピストンリング２３の温度上昇を介し、シリンダライナ１とピストンリング２３の摺動に異常が発生した場合等の異常を早期に発見することができる。
【００３７】
撮影手段６は、ピストンリング２３、ピストンクラウン２２、シリンダライナ１を撮影すると、内燃機関の運転中にピストンリング２３、ピストンクラウン２２、シリンダライナ１を直接認識し、運転中のピストンリング２３、ピストンクラウン２２、シリンダライナ１の観察、計測、監視を容易に行うことができる。
【００３８】
ガスブローを観察すると、内燃機関の運転中にガスブローを直接認識し、運転中のガスブローの観察、計測、監視を容易に行い、結果的に、異常なガスの吹き返しを早期に検出することができる。
【００３９】
ピストンクラウン２２、ピストンリング２３、シリンダライナ１等のピストン又はガスブローの異常により警告情報を発令すると、ピストン等の異常を早期に知らせることができる。
【００４０】
尚、本発明のピストンの監視装置及びその監視方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、内燃機関は、ユニフロー型に限定されず、掃排気ポートからピストンを認識し得るならば他の型のもので良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態例を示す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態例においてピストンリングの磨耗量を監視するフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態例においてピストンリングの平均温度を監視するフロー図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    シリンダライナ（ピストン）
２    掃気ポート（掃排気ポート）
４    透過窓
５    照明手段
６    撮影手段
８    調整手段
９    処理手段
１０    掃除手段
２２    ピストンクラウン（ピストン）
２３    ピストンリング（ピストン）
２３ａ  合口寸法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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